【摘 要】
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在物联网场景下随着地面用户数量的大量增长,数据由卫星下传到地面的数据中心,人们对卫星信号的下行链路速率要求越来越高。目前现有的多数卫星导航系统通信能力不足,信号速率较低,而导航与通信的结合可以提高通信速率,进行快速定位。本文介绍了一种新型的导/通一体化信号,并对此信号进行互相关优化设计,提出了一种码相位优选算法和模糊判定算法,可以在一定程度上提高信号传输速率,提高导/通一体化系统的可靠性和兼容性。
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在物联网场景下随着地面用户数量的大量增长,数据由卫星下传到地面的数据中心,人们对卫星信号的下行链路速率要求越来越高。目前现有的多数卫星导航系统通信能力不足,信号速率较低,而导航与通信的结合可以提高通信速率,进行快速定位。本文介绍了一种新型的导/通一体化信号,并对此信号进行互相关优化设计,提出了一种码相位优选算法和模糊判定算法,可以在一定程度上提高信号传输速率,提高导/通一体化系统的可靠性和兼容性。本文的主要研究内容如下:首先,介绍了一种导/通一体化信号,其导频信号采用全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）信号,通信信号采用循环码移键控（Cyclic Code Shift Keying,CCSK）信号。导频信号可以为通信信号提供同步能力,而通信信号可以提高信息传输速率。这两种信号实现在信号层面上的深度融合,可以达到互相增强的效果。其次,针对导/通一体化信号提出了一种码相位优选算法用于避免导频信号和通信信号之间的互相关干扰。该算法通过设计通信信号的优选循环移位集,使互相关函数的较大值与自相关峰值对齐。仿真结果表明,码相位优选算法可以改善接收信号时的检测性能和误符号性能。为实现导/通一体化信号与卫星导航系统的兼容性,在码相位优选算法的基础上进一步提出了一种基于双阈值的优选循环移位集设计策略。该策略使得优选循环移位集的元素个数是2的整次幂,进而将纠错编码和交织应用于信号上以提高系统的可靠性。进而,提出了一种模糊判定算法用于接收进行互相关优化设计后的导/通一体化信号。该算法基于信号的相关峰值偏移量的统计分布情况,通过对相关域进行分段的方式来接收信号,解决信号接收时发生的相位抖动和同步偏差的问题。与传统算法相比,模糊判定算法可以提高信号接收的容错能力,在信噪比为-21d B时容错能力提高可达约87%。最后结合实际工程需求,将导/通一体化信号与北斗卫星导航系统（Bei Dou Navigation Satellite System,BDS）在实践层面进行结合,并基于码相位优选算法选取通信信号。另外由于信号传输速率提升,本文对通信信道重新进行帧格式设计,将导航电文参数进行重编排并将其插入到通信时隙中,实现快速定位的目的。信号的传输速率与原来相比提升了140倍,并且首次定位时间也有相应地减少。
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